Materiały stosowane do budowy nawierzchni kolejowej

W ostatnich latach transport kolejowy odznacza się bardzo dużą innowacyjnością. Cecha ta dotyczy również materiałów budowlanych stosowanych w nawierzchni kolejowej. Do eksploatacji wprowadza się nowe typy materiałów, jak również zmodyfikowane i udoskonalone odmiany wyrobów wcześniej stosowanych. Zmieniają się również wymagania formalno-prawne dotyczące udostępniania wyrobów do eksploatacji na liniach kolejowych.

Szyny
Szyny są podstawowym i najbardziej rozpoznawalnym elementem nawierzchni kolejowej. Norma dotycząca szyn bardzo precyzyjnie określa wymagania techniczne, dlatego praktycznie w całej Europie stosuje się identyczne typy. Dzięki temu nie ma przeszkód technicznych i organizacyjnych w swobodnym handlu tym wyrobem.
W Polsce stosuje się przede wszystkim szyny typu 60E1 oraz 49E1 ze stali gatunku R260. Tam, gdzie występują sprzyjające warunki do szybszego zużywania się szyn pod wpływem eksploatacji, czyli w rozjazdach i na łukach o promieniu mniejszym niż 800 m, stosuje się szyny twardsze – ze stali gatunku R350HT. Szyny eksploatowane na liniach kolejowych w kraju pochodzą przede wszystkim z zakładów produkcyjnych zlokalizowanych w Polsce, Czechach, Niemczech, Austrii i Hiszpanii.
Technologia produkcji jest ciągle udoskonalana, co przekłada się w dużym stopniu na jakość wyrobu, a także stwarza możliwości produkcji szyn o długościach 60, 75 lub nawet 120 m. Stosowanie tak długich szyn pozwala zatem na zmniejszenie liczby złączy zgrzewanych lub spawanych w torze bezstykowym o kilkadziesiąt procent. Wpływa to znacząco na skrócenie czasu robót inwestycyjnych, zmniejszenie kosztów oraz zwiększenie trwałości nawierzchni.

Fot. Grzegorz Stencel

Systemy przytwierdzeń
Najważniejszym zadaniem systemów przytwierdzeń jest zapewnienie odpowiedniej szerokości toru oraz docisku, zapobiegającego przesuwaniu się szyn względem podkładów. W Polsce najpopularniejsze są systemy typu SB, stosowane w nawierzchni podsypkowej. Pierwowzór tego systemu został opracowany w Centrum Naukowo-Technicznym Kolejnictwa (obecnie Instytut Kolejnictwa). Systemy SB produkuje się nie tylko w Polsce, ale również na Ukrainie czy Białorusi. Polscy producenci ciągle udoskonalają swoje wyroby, a efektem tych prac są systemy zaprezentowane w tablicy 1.
W nawierzchni podsypkowej na podkładach strunobetonowych stosuje się również systemy typu W (np. W14 lub W21). Natomiast w nawierzchni na podkładach drewnianych szyny są przytwierdzane systemami typu K (z łapką sztywną) lub KS (z łapką sprężystą).
W nawierzchniach bezpodsypkowych na płycie betonowej, które stosowane są głównie w tunelach, na stacjach, przejazdach kolejowo-drogowych lub na obiektach mostowych dominują systemy typu W. Można również spotkać takie systemy jak 300-1, DFF-21 lub ERS (system szyny w otulinie).

Tablica 1. Systemy SB produkowane w Polsce

* najczęściej stosowany typ kotwy w danym systemie

Podkłady i podrozjazdnice
Najbardziej rozpowszechnionymi podkładami stosowanymi na liniach kolejowych są podkłady PS-94, PS-93 oraz PS-83. Podkłady te mają odmiany przeznaczone na linie szerokotorowe o szerokości torów 1520 mm – są to PS-94S, PS-93S oraz PS-83S. Jest też odmiana podkładu (PS-94M) przeznaczona na obiekty mostowe, która umożliwia zabudowę odbojnic na podkładzie za pomocą wkrętów.
W rozjazdach stosuje się natomiast podrozjazdnice strunobetonowe typu SP-93 lub SP-06. Istnieje również podkład zaprojektowany na bazie podrozjazdnicy SP-06, który jest stosowany w łukach o małych promieniach, gdzie konieczne jest zastosowanie projektowego poszerzenia toru.

Drewno (szczególnie sosna, dąb i buk) jest wciąż bardzo popularnym materiałem na podkłady, podrozjazdnice i mostownice. Jednakże z powodu przepisów ochrony środowiska, które niebawem wejdą w życie, ich produkcja będzie utrudniona ze względu na konieczność zastąpienia obecnie stosowanych olejów impregnacyjnych innymi środkami. Z tego też względu pojawia się coraz więcej producentów podkładów, podrozjazdnic i mostownic kompozytowych, które są wykonane z różnego typu elastomerów. Wyroby te nie są obecnie stosowane w Polsce. W innych krajach europejskich póki co, również nie są powszechnie przyjęte.
W systemach nawierzchni bezpodsypkowych występują podkłady (system RHEDA-2000), podpory (system EBS) lub płyty prefabrykowane (LC-L, Stelcon GTP, Żeltor, GTP).

Fot. Grzegorz Stencel

Rozjazdy i skrzyżowania
Spośród różnych rodzajów rozjazdów wymienionych w tablicy 2, rozjazdy zwyczajne stanowią zdecydowaną większość na liniach kolejowych w Polsce. W obecnie prowadzonych naprawach i modernizacjach zazwyczaj stosuje się rozjazdy zwyczajne na podrozjazdnicach strunobetonowych. Eksploatowane są również nowe odmiany rozjazdów krzyżowych podwójnych na podrozjazdnicach strunobetonowych.
Przy modernizacji linii kolejowych przyjmuje się zasadę, że prędkość na kierunku zwrotnym w połączeniach torów głównych zasadniczych powinna wynosić co najmniej 50% prędkości maksymalnej na danej linii. Stąd rzadziej niż w ubiegłych latach stosuje się rozjazdy o promieniu 300 m w odmianie do prędkości 160 km/h. Stosowanie rozjazdów o większej długości zabudowy powoduje również zwiększenie długości stacji, co przy modernizacji (ze względu na układ geometryczny torów w rejonie stacji) często oznacza konieczność zastosowania rozjazdów przełukowanych. Są one produkowane na bazie konstrukcji podstawowych, przy czym na etapie produkcji poszczególnym tokom nadaje się odpowiednie krzywizny zgodnie z projektem łukowania. Zastosowanie rozjazdów przełukowanych pozwala na m.in. korzystniejsze zagospodarowanie terenu równi stacyjnych i zwiększenie prędkości przejazdu pociągów. Umożliwia również ograniczenie zużycia elementów rozjazdów poprzez zaprojektowanie większych promieni łuków oraz ograniczenie kosztów dzięki zastosowaniu większych prędkości w rozjazdach o krótszych zwrotnicach, mających mniejszą ilość urządzeń do przestawiania i kontroli położenia iglic.
W rozjazdach o prędkości powyżej 200 km/h stosowane są ruchome dzioby krzyżownicy. Tego typu konstrukcje są zastosowane w korytarzu międzynarodowym E65, szczególnie na południowej jego części – linia kolejowa nr 4 Grodzisk Mazowiecki-Zawiercie (Centralna Magistrala Kolejowa), gdzie prędkość maksymalna na kilkudziesięciokilometrowym odcinku wynosi 200 km/h. Obecnie trwają prace modernizacyjne, które pozwolą na wprowadzenie prędkości rozkładowej 200 km/h na pozostałych odcinkach linii, a w dalszej perspektywie umożliwią jej zwiększenie do 230-250 km/h.

Tablica 2. Podstawowe rodzaje rozjazdów kolejowych

* ze względu na brak przystosowania systemów srk, najczęściej dopuszczalną prędkością jest 40 km/h

Wymagania formalno-prawne
Przed wprowadzeniem do eksploatacji materiałów przeznaczonych do budowy nawierzchni kolejowej niezbędne jest przygotowanie odpowiedniej dokumentacji, wykonanie badań i przeprowadzenie procedury oceny zgodności. Szyny, systemy przytwierdzeń oraz podkłady mogą być wprowadzone do obrotu na podstawie deklaracji zgodności WE, wystawionej w ramach oceny zgodności, przeprowadzonej zgodnie z TSI „Infrastruktura” [3]. W ocenie zgodności biorą również udział (jako tzw. „strona trzecia”) jednostki notyfikowane do Dyrektywy 2008/57. Pozostałe elementy nawierzchni, będące „typami budowli” [4] są dopuszczone do eksploatacji po sporządzeniu deklaracji zgodności z typem. W procesach oceny zgodności z typem zaangażowane są jednostki organizacyjne, o których mowa w art. 22g, ust. 9 Ustawy [4].

Tablica 3. Budowle, dla których wymagane jest uzyskanie świadectwa dopuszczenia do eksploatacji typu [1]

W obrębie nawierzchni kolejowej stosowane są również inne wyroby budowlane, które są wprowadzane do obrotu na podstawie przepisów Ustawy o wyrobach budowlanych [5]. Przykłady tych wyrobów przedstawiono w tablicy 4. Wprowadzenie do obrotu tych wyrobów wymaga sporządzenia deklaracji właściwości użytkowych lub krajowej deklaracji właściwości użytkowych.
Zdecydowana większość inwestycji polegających na budowie, modernizacji lub odnowieniu linii kolejowych podlega weryfikacji przez jednostki notyfikowane, a następnie zezwoleniu na dopuszczenie do eksploatacji przez Urząd Transportu Kolejowego. Weryfikacja odbywa się na etapie projektu, budowy oraz na etapie końcowym inwestycji. Na etapie końcowym jednostka notyfikowana, po stwierdzeniu zgodności poszczególnych podsystemów (Infrastruktura, Energia, Sterowanie) wystawia certyfikaty weryfikacji WE. Następnie wnioskodawca wystawia deklarację weryfikacji WE oraz składa wniosek do Urzędu o wydanie zezwolenia na dopuszczenie do eksploatacji.

Tablica 4. Rodzaje wyrobów niepodlegających „dopuszczeniu” na podstawie ustawy [4]

mgr inż. Grzegorz Stencel
Instytut Kolejnictwa

Literatura
1. Interoperacyjność systemu kolei Unii Europejskiej. Infrastruktura, sterowanie, energia, tabor, KOW, 2015.
2. Stencel G., Dobór składników nawierzchni kolejowej ze względu na jej trwałość, Inżynier Budownictwa, 2/2013.
3. Rozporządzenie Komisji (UE) nr 1299/2014 z dnia 18 listopada 2014 r. w sprawie technicznych specyfikacji interoperacyjności podsystemu „Infrastruktura” systemu kolei w Unii Europejskiej (Dz.Urz. UE L356 z 12.12.2014, str. 1).
4. Ustawa z dnia 28 marca 2003 r. o transporcie kolejowym (Dz.U. z 2016 r., poz. 1727, z późn. zm.).
5. Ustawa z dnia 16 kwietnia 2004 r. o wyrobach budowlanych (Dz.U. z 2016 r., poz. 1570).